吸附天然氣儲罐及灌裝工藝的製作方法

2023-05-18 14:49:06 2

專利名稱：吸附天然氣儲罐及灌裝工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及填充吸附劑的天然氣儲罐的結構及氣體灌裝工藝，該發明屬於天然氣的儲存、運輸及分配技術。
我國天然氣(包括油田氣、煤層氣)資源並不貧乏，但因主要蘊藏在中西部地區，開發較晚。近年來雖然有輸氣管線建成，但若建成覆蓋面廣的輸氣管網，在資金和工程方面都不是短時間內能夠完成的。特別是某些氣源的蘊藏量有限，不值得修建輸氣管。因此，將天然氣裝罐運輸及分配給用戶使用，不但是目前的主要途徑，即便將來也有很大市場。其次，對於天然氣汽車，吸附天然氣儲罐代替高壓壓縮儲罐將導致天然氣成本的降低。
現有的罐裝天然氣採用高壓壓縮辦法。為增大罐裝氣量，必須提高灌氣壓力，通常的灌氣壓力達到20～25MPa。為此，需要具備6級壓縮的高壓壓縮機，壓縮機投資、佔地與能耗大大提高了灌氣費用。同時，耐受20～25MPa壓力的儲罐的技術等級和自重也是一個相當嚴重的問題。現實中也常常發生缺乏高壓壓縮機或耐高壓儲罐的情況，只好降低灌氣壓力，導致罐裝容量的下降和運輸成本的提高。
針對目前罐裝天然氣存在的上述問題，本發明的目的在於提供一種吸附天然氣儲罐及灌裝工藝，可以實現在較低的灌氣壓力下達到較大罐裝容量。
本發明是通過下述技術方案實現的。它包括天然氣儲罐技術和灌氣站灌氣技術兩部分。吸附天然氣儲罐結構如附

圖1所示。其中1為罐體，2為吸附劑，3為篩板及附屬絲網和濾布，4為進氣管，5為氣體循環管，6為接線柱，7為法蘭盤，8為電熱絲，9為喇叭口及過濾元件。吸附天然氣儲罐的罐體可用金屬材料製成，也可採用非金屬材料或複合材料製造，以減輕重量。其結構特徵在於1．填充儲氣吸附劑。最好的儲氣吸附劑是活性炭和高比表面積的超級活性炭，或者活性炭纖維製品。2．提供氣體的循環通道。灌氣時，脫除了強吸附組份的天然氣進入罐內的吸附劑床層，並從儲罐底部的喇叭口進入循環管返回。篩網及濾布阻止吸附劑粉末的帶出。3．吸附床內可附設電熱絲類加熱裝置，在快放氣時連通電源，升高吸附劑溫度，提高天然氣的釋放速率。亦在必要時用於吸附劑的徹底再生。為此，可通過中央循環管引入惰性氣體吹掃，或者抽空，或者加熱與吹掃結合，或者加熱與抽空結合，均可達到儲罐吸附劑再生目的。由於在儲罐中填充了吸附劑，使得罐裝容量大大增加。與空罐相比，罐裝容量增大的倍數取決於吸附劑的比表面積、填充度、灌氣壓力和灌氣溫度。常溫、3．5MPa壓力下，儲氣體積為氣罐容積的120～170倍。
灌氣站流程如附圖2所示。其中10為壓縮機，對其出口壓力並沒有嚴格的要求，一般均在3～10MPa的中壓範圍。11為壓縮機出口冷卻器，12為氣液分離器，13和14為並聯淨化器(吸附塔)，15為二次氣體冷卻器，16為天然氣儲罐，17為罐內溫度指示儀，18為罐內壓力指示儀，19為脫附氣溫度指示儀。淨化器中填充的吸附劑與天然氣儲罐中的儲氣吸附劑不一定相同，其中包括脫水吸附劑和比表面積較低的活性炭，而在儲罐16中的吸附劑則以高比表面積的活性炭或活性炭纖維吸附劑為主。天然氣中分子量較高或強吸附的組份將被淨化器13(或14)截留，經二次冷卻器15進一步降溫後灌入天然氣儲罐16。由於吸附熱效應，快速灌氣將使儲罐中的吸附床溫度升高，因此讓天然氣在儲罐16與二次冷卻器15之間進行小循環，或者進行包括淨化器再生步驟的大循環，直至氣溫降到常溫、罐內壓力達到預定值為止。為使淨化器中的吸附劑再生，將從充氣罐溢出的高溫天然氣逆向通過淨化器的吸附床，藉此為其加溫，脫附的氣體則仍進入壓縮機入口，直至溫度指示儀指示的脫附氣溫度達到一定值後，將脫附氣引入另一條管線單獨處理。吸附床被熱氣體吹掃一定時間後，再生完畢，兩個淨化器切換。
本發明的優點是1．對於同樣容積的儲罐，在中等壓力水平下達到高壓壓縮的儲氣量；2．採用中壓壓縮機和中壓容器達到高壓壓縮機和高壓容器相同的儲氣量；3．克服吸附熱效應對快速灌氣罐裝容量的影響；4．保證天然氣儲罐的罐裝容量恆定，使其再生周期大大延長。5．在需要快速放氣情況下，亦可達到必要的放氣速率。
實施例一種高表面活性炭對甲烷的吸附存儲性能如附圖3所示。其中曲線1是不同壓力下單純壓縮的儲氣量，曲線2是實驗測得的25℃的吸附等溫線，曲線3為儲罐的總儲氣能力，它是吸附劑的吸附量和吸附劑顆粒內外空隙中的壓縮儲氣量之和。假如灌氣壓力為5MPa，儲罐容積為100升(φ360×1000)，如果不填充吸附劑，只能裝2.7公斤天然氣，但若填充具有如附圖3所示性能的吸附劑，則罐裝容量提高到12.6公斤，為單純壓縮儲氣量的4.7倍。若換算為標準體積，一個儲氣罐釋放的天然氣量約為16.5立方米，對於一個三口之家，大約可用一個月。
權利要求
1．一種吸附天然氣及其它主要由碳-1和碳-2成份組成的氣體的儲罐，採用金屬材料或非金屬材料，或複合材料製造而成，其特徵在於在罐體內中央設有一支循環管，管的下端是喇叭口，喇叭口外包有金屬網和濾布，罐內填充高比表面積的活性炭、活性炭纖維，或它們的改性製品，並在所填充的吸附劑內，埋設電熱絲，儲罐中吸附劑層之上設置篩網和濾布。
2．一種適用於按權利要求1所說的吸附天然氣儲罐的灌裝工藝，它主要是由壓縮機、壓縮機出口冷卻器、氣液分離器、淨化器、二次冷卻器和儲罐所組成，其特徵在於天然氣中強吸附組分被淨化器截留；灌氣時產生的吸附熱通過在儲罐與二次冷卻器之間的小循環，或者進行包括淨化器再生步驟的大循環予以移除；在大循環中，溫度較高的氣體將兩組淨化器中的一組再生；灌裝氣體壓力為3～10MPa。
3．按權利要求1所說的天然氣吸附儲罐，在必要時可通過中央循環管的惰氣吹掃，或通過活性炭中埋設的電熱絲，升溫再生，使儲氣容量保持恆定，並在快放氣時通電升高吸附劑溫度。
全文摘要
本發明公開了一種吸附天然氣儲罐及灌裝技術。儲罐內填充儲氣吸附劑,設有中央循環管和電加熱元件。充氣站設置吸附淨化器和冷卻器,通過低溫天然氣再循環解決快速灌氣的溫升問題,並用較高溫度的天然氣使淨化器再生。通過儲罐內的電加熱元件和中央循環管,可在必要時採用惰氣吹掃、抽空或變溫方法,使儲罐的儲氣容量保持恆定。
文檔編號F17C11/00GK1236075SQ9910829
公開日1999年11月24日 申請日期1999年6月8日 優先權日1999年6月8日
發明者周理 申請人:天津大學